“천연물을 이용한 화장품을 연구하고 있는 입장에서 이에 대한 전반적인 문헌 정리 성격의 논문이 필요했습니다. 특히 우리 연구팀이 관심을 가진 항산화 탄소나노입자의 경우, 천연물 화장료 연구에서 어느 위치를 차지하고 있는지, 어떤 기작으로 피부에 작용을 하는지 살펴보아야 했습니다. 기본적으로 화장품의 주요 성분은 항산화물질인데, 이에 대한 세포내 기작 등에 대한 연구결과 없이 천연물 추출물의 실질적인 적용이 어렵다고 판단했습니다.”
이영철 가천대학교 바이오나노학과 교수는 지난 2월 ‘International Journal of Cosmetic Science’에 논문 ‘피부외관 향상을 위한 항산화물질: 세포내 기작, 도전, 그리고 미래전략 Antioxidants for improved skin appearance: Intracellular mechanism, challenges, and future strategies’을 기고한 배경을 이렇게 설명했다.
이영철 교수는 “코슈메슈티컬 화장품은 기작, 피부투과, SCIE급 논문의 검증이라는 나름의 3가지 조건이 필요한데, 연구과정에서 불확실한 용어를 많이 사용하고 있다는 점을 발견하면서 용어를 명확히 하는 차원에서도 총설 논문이 필요했다”고 덧붙였다.
Q. 연구 방법을 설명해주세요.
이번 논문은 총설 논문입니다. 핵심이 되는 구성 요소(목차)를 잡는데 공을 많이 들였습니다. 이런 이유로 몇몇 저널의 경우 범위scope가 맞지 않아 게재하기 힘들기도 했습니다. 하지만 이 연구를 기반으로 항산화 탄소나노입자 추출 기술 개발이라는 성과를 거두었습니다. 또 이를 활용한 in-vitro 미백, 주름개선, 보습, 여드름 완화 등의 유효성을 용이하게 평가하게 되었습니다.
그림 1. 피부노화의 세포내 기작에 대한 모식도(Intracellular mechanism of skin aging). 미세먼지의 외부 환경 요인에 의해 TGF-β 감소, Cytokine promoter에 영향을 주어 proinflammatory cytokines 생성을 늘리고, Procollagen promoter는 감소 및 MMP promoter 증가로 Collagen 생산이 줄어든다. ROS 생성으로 protein tyrosine phosphatases가 감소하고 있는 DNA 손상을 유도한다. ⓒKim M, Park HJ. Molecular mechanisms of skin aging and rejuvenation. Mol Mech Aging Process Rejuvenation. 2016;450:57–76.
그림 2. (A) Structure of the skin barrier, (B) The short-term effect of dry environment (그림 2. (A) Structure of the skin barrier, (B) The short-term effect of dry environment (〈10%) on skin barrier function andcomposition, including provoking epidermal proliferation, reducing in skin hydration, increasing pro-inflammatoryresponse and transient barrier deficit, and decreasing in transepidermal water loss(TEWL). (A)피부장벽 구조. (B)표피성장, 피부 수화 감소, pro-inflammatory 반응의 증가와 일시적인 장벽의 결손, 경피수분손실의 감소를 포함한 피부장벽 기능과 조성에 있어 건조 환경에 대한 짧은 기간의 효과를 보여준다. ⓒEngebretsen KA, Johansen JD, Kezic S, Linneberg A, Thyssen JP.The effect of environmental humidity and temperature on skin barrier function and dermatitis. J Eur Acad DermatolVenereol. 2016;30(2):223–49.10%) on skin barrier function and composition, including provoking epidermal proliferation, reducing in skin hydration, increasing pro-inflammatory response and transient barrier deficit, and decreasing in transepidermal water loss(TEWL). (A)피부장벽 구조. (B)표피 성장, 피부 수화 감소, pro-inflammatory 반응의 증가와 일시적인 장벽의 결손, 경피수분손실의 감소를 포함한 피부장벽 기능과 조성에 있어 건조 환경에 대한 짧은 기간의 효과를 보여준다. ⓒEngebretsen KA, Johansen JD, Kezic S, Linneberg A, Thyssen JP. The effect of environmental humidity and temperature on skin barrier function and dermatitis. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2016;30(2):223–49.
표 1. Antioxidant compounds and their respective mechanism of action in the treatments hyperpigmentation inskin, and their challenges using in cosmetic products.피부의 과색소침착에 있어 적용하는 항산화물질과 이들의 기작, 그리고 문제점. 이는 △티로시네이즈 저해 △멜라노좀 전이저해와 세포 턴오버 유도 △ROS 소거 기작으로 구분 된다. 티로시네이즈 저해로 생성되는 대표적인 물질은 하이드로퀴논과 그 유도체, 알부틴, 아젤라산, 코직산, 메퀴놀, 코르티코스테로이드가 있으며, 멜라노좀 전이저해와 세포 턴오버 유도 작용하는 항산화 화합물은 나이아신 아마이드, 레티노이드, 알파-리놀렌산, 알파 하이드록시산이 있다. 마지막으로 ROS 소거능으로 발생하는 항산화 화합물에는 비타민 C와 E가 있으며, 이는 안정성에 크게 문제가 있다. 따라서 이를 극복하는 기술은 곧 새로운 화장품 항산화 소재가될 수 있음을 의미한다. 이번 연구는 순수 비타민 C의 장기안정화 방법과 피부투과도 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술을 개발하는 실마리가 되기도 했다.
Q. 학계의 반응이 좋은데요.
항산화 물질에 대한 핵심적인 배경 논문인데, 향후 천연물 기반의 항산화 물질 연구에 유용할 것으로 보입니다. 또 앞으로 화장품 연관 논문에 많이 인용이 될 것으로 판단하고 있습니다.(MDPI에서 발간하는 저널 ‘Cosmetics’가 선정한 ‘2020~2021년 상위 20개 인용 논문(Cosmetics, Top 20 Cited Papers from 2020–2021)’에 이영철 가천대 교수와 신현재 조선대 생명화학공학과 교수가 교신 저자corresponding author로 참여한 논문 이 8위와 15위에 각각 올랐다. 이영철 교수의 논문은 천연 항산화제Natural Antioxidants를 다룬 ‘Natural Antioxidants from Plant Extracts in Skincare Cosmetics: Recent Applications, Challenges and Perspectives’이었다. 한국연구재단 지원으로 수행됐다.)
Q. 화장품산업에는 어떤 도움이 될까요?
항산화 물질과 화장료 적용에 대한 과학적인 내용을 기반으로 신규 화장품 제조를 할 수 있을 것으로 판단합니다. 항산화 물질에서 그 차별성 또한 모색하게 될 것으로 보입니다. 무엇보다 이들의 도전적인 연구와 시도가 실용화될 수 있을 것으로 기 대합니다. 현재 이차원 물질인 그래핀이 화장료로 이용되는 사례는 있지만 항산화 탄소나노입자로 실용화되어 나온 사례는 없습니다. (주)퓨롬 등에서 마스크팩, 크림 등 제품화를 준비하고 있습니다 (이영철 교수는 퓨롬 대표도 겸하고 있다).
1. 가천대학교 바이오나노학과 천연물 기반 항산화 탄소나노입자 화장품 및 건강기능식품 연구개발 석·박사 연구원. 2. 문주영 한성대학교 뷰티디자인 매니지먼트학과 겸임교수 및 ㈜퓨롬이사(왼쪽에서 세 번째)와 ㈜퓨롬 천년초 기반 화장품 연구 개발 기업부설연구소 구성원.
Q. 이번 연구를 하면서 어려웠던 점과 어떻게 해결했는지 궁금합니다.
핵심이 되는 목차 설정과 이들을 간결하게 요약 정리하는 작업에 많은 시간을 소진했습니다. 그리고 이 논문에 적합한 저널 투고에 시행착오를 많이 겪었습니다. 하지만, 향후 이를 바탕으로 천연물 추출을 통한 항산화 물질의 실험 연구 방향에 대한 청사진을 구축할 수 있었습니다.
Q. 향후 연구 계획도 알려주세요.
이 논문은 총설 논문으로 천년초, 소리쟁이, 황칠 나무, 벌나무 등의 추출물과 같은 화장료 연구와 적합한 제형 연구를 진행하고 있으며, 이에 대한 실험 논문을 출판할 예정입니다. 따라서 이번 총설 논문은 이들에 대한 실험 연구의 교두보 성격으로 보면 됩니다. 앞으로 천연물을 이용한 항산화 탄소 나노입자 추출물 연구에서 무색 및 무취가 가능한 추출법을 접목해 반려동물 화장품까지 그 활용 범위를 넓혀 볼 예정입니다.
